JP2010086713A - 電球形ランプ - Google Patents

Abstract

【課題】多数のＬＥＤを使用したとしてもＬＥＤの発熱による短寿命等の不具合を抑制することができる電球形ランプを提供することを目的とする。
【解決手段】シロッコファン４５の回転により、電球形ランプ１１の外部の空気が口金側の低温領域に形成された吸気孔５５からグローブ１４の内側空間に吸い込まれ、基板連通孔２３および放熱体連通孔３５を通じてシロッコファン４５に吸い込まれて外部に排気されるとともに、グローブにと当接するように形成された通気孔３７．４１に流れが形成される。そのため、基板１２にて各ＬＥＤ２２からグローブ１４の内側空間に放熱される熱が排気されるとともに、点灯中の熱源が収容し、高温となったグローブにむけて外気を排気させるので、効率よく空冷することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般照明電球に代替使用可能な電球形ランプに関する。

従来、電球に代替使用可能で、発光素子としてＬＥＤを用いるランプ装置では、ＬＥＤを設けた基板を金属製の放熱体に取り付け、この放熱体にカバーを介して口金が取付けられるとともに、カバー内にＬＥＤを点灯させる点灯装置が収容されていた。

このようなランプ装置では、ＬＥＤから発生する熱でＬＥＤが温度上昇し、ＬＥＤの光出力の低下とともに寿命も短くなるため、ＬＥＤの温度上昇を抑制することが求められている。そのため、放熱体の周囲などに複数の放熱フィンを設けている。

しかし、さらに高出力に発光するようなＬＥＤランプにおいては、この放熱フィンのみでは放熱が十分ではなく、ランプ寿命を確保することが困難であるため、回転自在のファンを設けるＬＥＤランプが知られている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００７−２６５８９２号公報

しかしながら、このような回転自在のファンを設けていても、ファンの回転によって、吸気および排気方向が決められる、点灯方向によっては、一度排気した温風は対流によって上昇または排気風による乱流が生じるため、この温風を再度電球形ランプ内に吸気されるため放熱効果が悪化し、電球形ランプの温度を効率よく低減することが難しかった。

本発明は、このような点に鑑みなされたもので、点灯方向を検知し、外気を取り込む側および排気する側を規制することで効率よく電球形ランプを空冷することができる電球形ランプを提供することを目的とする。

請求項１記載の電球形ランプは、発光素子が実装された基板を有する発光体と；この発光体がランプ軸方向の一端に取り付けられる熱伝導部が設けられるとともに、熱伝導部の内側に収容空間が形成されており、この熱伝導部の周囲に放熱部が設けられた放熱体と；前記収容空間内に配設されて点灯方向によって異なる回転を行うことで放熱体の内部および外部間を強制的に通気させるよう動作する送風ファンと；発光素子を点灯させる点灯装置と；放熱体の他端側に設けられた口金と；発光体を覆って放熱体の熱伝導部の一端に取り付けられた透光性のグローブと；を具備しているものである。
発光体素子は、光を発光するものであればよく、例えば、ＬＥＤや有機ＥＬなどの固体発光素子を用いてもよい。

基板は、例えば、熱伝導性の良好なアルミニウムを含む金属材料などで形成され、複数のＬＥＤを設けた一体形の基板でもよいし、ＬＥＤ毎に複数に分割した基板でもよい。

放熱部は、例えば、金属材料や樹脂材料のいずれを用いてもよい。放熱部の他端側には、送風ファンが配置される空間が形成されている。放熱部の構成として、例えば複数の放熱フィンは、放熱部の周辺部に放射状に形成されたり、格子状に分離されて形成される。放熱部の複数の放熱フィンが放熱部の周辺部に放射状に形成される場合には、周方向の隙間の間隔は５ｍｍ以下とすることが望ましい。この間隔を５ｍｍ以下とすれば、放熱フィンの数を多くし、送風ファンによる強制送風と協働して放熱効果を向上させることができ、一方、５ｍｍより大きいと、放熱フィンの数が少なく、放熱効率を十分に向上させることができない。

熱伝導部の内側に形成された収容空間は、発光体を取り付ける一端から口金側他端まで貫通するような空間であっても、口金側他端側は閉塞されているような有底状の収容空間であっても構わない。またその収容空間形状としては、筒状、円錐、多角形錐など、送風ファンが配設可能であれば全て許容する。さらに、収容空間から送風手段により内側から外部へ強制的に通気させるため、通気可能な孔を適宜設けていても構わない。

収容空間内に配設される送風ファンとして、例えば複数枚の羽部を回転軸を中心にして回転させるものであり、例えば、シロッコファンや遠心ファン、軸流式ファンなどが用いられる。シロッコファンであれば、中心部に空間を形成し、この空間にＬＥＤと点灯装置とを接続する配線を通してもよい。ファンは、駆動回路で制御されるファンモータの駆動により正転または逆転回転し、口金に通電されている間は、ファンモータにより連続して駆動してもよいし、また、温度センサを設け、この温度センサが検知する温度が所定温度以上となったときのみファンモータにより駆動してもよいし、温度センサが検知する温度によってファンモータの駆動速度が規制されてもよい。また、ファンは、ＬＥＤから放熱体に伝達された熱に限らず、点灯回路の熱も放熱可能とする。

ファンモータの駆動により回転方向を変更させる方法として、例えば、加速度センサを用いることができる。この加速度センサは、変位を検知する方法によって種類が異なるが、例えばばねに取り付けた重りが変異する量を測り、重りにかかる加速度を推定するセンサなどがあり、重量方向を測定可能なもので、電球形ランプに使用の加速度セサとしては、動的な加速だけでなく、静的な地球の重力加速度にも対応して移動可能であるものが望ましいが、電球形ランプの点灯方向を検知可能であれば全てを許容する。
送風ファンを駆動させる駆動装置の配設位置は、特に限定されず、例えば発光体を覆うグローブ内であっても、口金内であっても構わない。
電球形ランプの送風手段がランプ点灯時に動作するとは、口金に電力が投入されているときに動作することを意味する。
口金は、例えば、Ｅ１７型やＥ２６型などの一般照明電球用のソケットに接続可能なものが用いられる。

グローブは、発光体から照射される光を透光するものであれば材質や形状は限定されない。例えば、光拡散性を有するガラスや樹脂などの材料で、略球形に一体形成してもよいし、複数に分割形成して略半球形に組み合わせたものでよい。

請求項１記載の電球形ランプによれば、点灯方向を検知し、ファンモータの駆動方向を変更することで吸気および排気を規制できるので、電球形ランプの外側の熱対流の影響をうけることなく効率よく電球形ランプの温度を低下させることができる。したがって、短寿命等の不具合を抑制することができる電球形ランプを提供することができる。

図１および図２に第１の実施の形態を示し、図１は電球形ランプの断面図、図２は電球形ランプの側面図である。

図１および図２において、１１は電球形ランプで、この電球形ランプ１１は、ＬＥＤモジュールである基板１２が放熱体１３の一端側に取り付けられ、この放熱体１３の一端側に、基板１２を覆ってグローブ１４が取り付けられ、放熱体１３の他端側に、ファン１５が回転可能に配置されているとともに、点灯回路およびファン１５用の駆動回路を含む回路部Ａを収容したケース１６が取り付けられ、このケース１６に口金１７が取り付けられて構成されている。そして、この電球形ランプ１１は、いわゆるミニクリプトン電球と同等の全長を有している。

基板１２は、平面視円形状の基板本体２１と、この基板本体２１の一端側である一主面２１ａ側に実装された複数、例えば８つの発光素子であるＬＥＤ２２とを有している。

基板本体２１は、例えば放熱性が良好なアルミニウムなどの金属材料、あるいは絶縁材料などにより形成され、中心位置には一主面２１ａと他端側である他主面２１ｂとに貫通する丸孔状の基板連通孔２３が形成されている。この基板本体２１は、他主面２１ｂが、放熱体１３の一端面に面接触するように密着固定されている。放熱体１３に対する基板本体２１の固定には、ねじや、熱伝達性に優れたシリコーン系の接着剤が用いられる。

ＬＥＤ２２は、例えば青色の光を発する図示しないベアチップと、このベアチップを覆うシリコーン樹脂などにより形成された図示しない樹脂部とを備え、この樹脂部内に、ベアチップが発する青色光の一部により励起されて青色の補色である黄色の光を主として放射する蛍光体が混入されており、各ＬＥＤ２２が白色系の照明光を得るように構成され、例えば０．５Ｗ程度の消費電力を有している。

また、放熱体１３は、熱伝導性が良好なアルミニウムなどの金属材料などにより一体に形成されており、放熱体本体部３１と、この放熱体本体部３１の外周面に設けられた複数の放熱フィン３２とを有している。放熱体本体部３１の他端側で複数の放熱フィン３２の内側には、ファン１５が配置されるファン収容空間部３３が形成されている。

放熱体本体部３１は、他端側から一端側へ向けて扁平な球体状に拡径して形成されており、一端面には基板１２の基板本体２１の他主面２１ｂが密着状態に取り付けられる平坦状の基板取付面３４が形成されている。放熱体本体部３１の中心位置であって、基板１２の基板連通孔２３に同軸で連通する位置に、一端側の基板取付面３４と他端側とに貫通する放熱体連通孔３５が形成されている。放熱体本体部３１の一端側の外縁部には、グローブ１４の他端側の端部が嵌着係止されるグローブ取付部３６が周方向に沿って環状に形成されている。このグローブ取付部３６の位置には、周方向に等間隔毎に複数の通気孔３７が形成され、これら通気孔３７の内側には通気性を有するとともに塵埃や虫などの侵入を防止する図示しない通気フィルタが配置される。

放熱フィン３２は、放熱体１３の他端側から一端側へと径方向への突出量が徐々に大きくなるように傾斜して形成されている。また、これら放熱フィン３２は放熱体１３の周方向に互いに略等間隔で放射状に形成され、これら放熱フィン３２の間にスリット状の放熱孔が形成されている。

また、グローブ１４は、光拡散性を有するガラスあるいは合成樹脂などにより扁平な球面状に形成されており、放熱体１３のグローブ取付部３６と略連続する形状となっている。グローブ１４の端部には、放熱体１３の通気孔３７に連通する複数の通気孔４１が形成されている。これら通気孔４１と放熱体１３の通気孔３７との間に図示しないフィルタが介在されている。

また、ファン１５は、例えば、シロッコファン４５と、このシロッコファン４５を回転駆動する図示しないファンモータとを有している。このファン１５は、ケース１６に対して、シロッコファン４５が中心軸４６によって回転可能に支持されているとともに、ファンモータが取り付けられている。中心軸４６は、筒状で、内部には、回路部Ａと基板１２とを接続するリード線４７が通されている。

シロッコファン４５は、このシロッコファン４５の中心域が開口され、周辺部に複数の羽根が配置されたもので、回転時に、中心側から電球形ランプ１１内の空気を吸い込み、外径方向へ吐出して、放熱体１３の複数の放熱フィン３２間の放熱孔３９から外部に排気する。このとき、放熱フィン３２を通気路の一部として放熱体１３の内部を通気させる。

また、ケース１６は、例えばＰＢＴ樹脂などの絶縁性を有する材料により略円筒状に形成されている。また、このケース１６の一端側には隔壁部５１が形成され、この隔壁部５１には一端の放熱体１３側と他端の口金１７側とを連通するケース連通孔５２が開口形成されている。このケース連通孔５２に連通するとともに、外気を取り込む吸気孔５５がケース１６周囲に複数形成されている。ケース１６の一端側と他端側との中間には、口金１７が取り付けられる口金取付部５３が形成されている。ケース１６の他端側には、口金１７の内側に配置され、口金１７と回路部Ａとの間を絶縁する円筒状の絶縁部５４が形成されている。なお、ケース１６の内部には、回路部Ａを埋没させるように放熱性および絶縁性を有する充填材であるシリコーン系の樹脂などを充填してもよい。

また、回路部Ａの点灯回路は、例えばＬＥＤ２２に対して定電流を供給する回路などであり、点灯回路基板と、この点灯回路基板に実装され点灯回路を構成する複数の回路素子とを有している。この点灯回路には点灯回路側からＬＥＤ２２へと給電するリード線４７が接続され、このリード線４７は、ケース連通孔５２、シロッコファン４５の中心軸４６の内側空間、放熱体連通孔３５および基板連通孔２３を通じて基板１２に電気的に接続されている。
また、回路部Ａの駆動回路は、送風ファン１５のファンモータの駆動を制御するもので、口金１７に通電されている間はファンモータを連続して駆動する。

点灯回路は、例えば低電流の直流電源をＬＥＤに供給するとともに、電球形ランプの点灯方向を検知する加速度センサにより、送風ファン１５の回転方向が決定されるものである。

また、口金１７は、例えばＥ１７型であり、回路部Ａ側と図示しない配線により電気的に接続されており、図示しない照明器具のランプソケットにねじ込まれるねじ山を備えた筒状のシェル６１と、このシェル６１の一端側の頂部に絶縁部６２を介して設けられたアイレット６３とを備えている。

シェル６１は、図示しない電源側と電気的に接続されるもので、このシェル６１の内部には、ケース１６との間に、回路部Ａへと給電するための図示しない電源線が挟み込まれてシェル６１に対して導通されている。

アイレット６３は、図示しないグランド電位と電気的に接続されるもので、このアイレット６３には、回路部Ａのグランド電位と電気的に接続されたアース線が半田付けなどにより電気的に接続されている。
次に、第１の実施の形態の動作を説明する。

電球形ランプ１１の組み立ての際には、放熱体１３の基板取付面３４上に、ＬＥＤ２２などを実装した基板１２の基板本体２１の他主面２１ｂ側を載置して固定し、基板１２と放熱体１３とを熱的に結合する。

回路部Ａを収容するとともに送風ファン１５を取り付けたケース１６を、放熱体１３に組み合わせて係止固定する。このとき、回路部Ａからのリード線を、ケース連通孔５２、シロッコファン４５の中心軸４６の内側空間、放熱体連通孔３５および基板連通孔２３に通して、基板１２に電気的に接続する。

回路部Ａとアース線を介してアイレット６３を接続した口金１７を、回路部Ａに電気的に接続した電源線をシェル６１の外側に導出した状態で、ケース１６の他端側から挿入し、ケース１６とシェル６１との間で電源線を挟み込む。このとき、ケース１６と口金１７とを、図示しない凹凸構造などにより係止固定する。

そして、基板１２を覆ってグローブ１４の開口端部を放熱体１３のグローブ取付部３６に嵌め込み、シリコーン系の接着剤などにより固定し、電球形ランプ１１を完成する。

このように完成した電球形ランプ１１は、口金１７を所定のソケットに装着して通電すると、点灯回路が動作して、配線を介して基板１２側に電力が供給され、各ＬＥＤ２２が発光し、これら発光がグローブ１４を介して拡散照射される。

また、加速度センサａにより電球形ランプの点灯方向を検知し、点灯方向に応じた回転方向に駆動回路が動作して、送風ファン１５のファンモータに電力が供給され、ファン１５のシロッコファン４５が回転する。このシロッコファン４５の回転により、口金側連通孔５５から外気を取り込み、口金側連通孔５５から連通する連通孔５２を通って放熱体の通気孔３７，４１を介して排気する。このように、一度放出した温風を再吸気することがないので、ＬＥＤ温度低減効果を高めることができるとともに、ＬＥＤの発光効率を高めることができる。
また、シロッコファン４５の回転により、ＬＥＤ２２から放熱体１４に伝達された熱に限らず、回路部Ａ側で発生する熱も放熱できる。

このように、複数の放熱フィン３２が設けられた放熱体１３の内側に送風ファン１５を設けるとともに、加速度センサ５５を設けているので、点灯方向による送風ファン１５の回転方向を制御することで、一度放出した温風を再度ランプ内に取り込むことを抑制できるので、放熱体１３の放熱効率を向上でき、ＬＥＤ２２の温度上昇を抑制できる。そのため、ＬＥＤ２２の明るさを落とさず、ＬＥＤ２２の寿命を長くできる。
また、通気孔３７，４１には通気フィルタを配置しているため、塵埃や虫などがグローブ１４内に侵入するのを防止できる。

また、放熱体１３と口金１７との間に配置された絶縁するケース１６に回路部Ａを収容することにより、回路部Ａを放熱体１３に対して容易に絶縁できるとともに、回路部Ａの配置を容易にできる。

また、送風ファン１５に、シロッコファン４５を用いることにより、シロッコファン４５の回転軸４６の内側空間に回路部Ａと基板１２とを接続するリード線４７を通すことができ、このリード線４７による送風抵抗も少なくできる。
次に、図３ないし図６を用いて、点灯方向と回転ファンの回転方向における空気の流れを示す。なお、本発明を採用した本実施の形態図３および図５に示す。
図２は、口金１７を下側にして照明器具のソケットに接続して給電した第１の実施の形態を示す電球形蛍光ランプ１１である。

点灯回路Ａが動作して発光体１２に電力を供給し各ＬＥＤ２２が発光するとともに、口金内に収容された加速度センサａが口金１７の位置関係を検知し、駆動装置５３の動作を開始する。口金下側点灯の場合、送風ファン１５の回転は正回転を行う。これにより、口金１７側から外気を吸引し、熱伝導部内側空間２０を通過し、グローブ１４側に向けて排気される。これにより排気された温風は、点灯中高温となる電球形ランプ１１の対流により上方へと放出されるので、一度排気された温風を再度吸気することが抑制される。このように、放熱フィン２６はＬＥＤ２２の点灯中常に放熱および冷却されるとともに、一度放出した温風を再び吸気することがないので、ＬＥＤ温度低減効果を高めることができるとともに、ＬＥＤの発光効率を高めることができる。
図３は、口金１７を上側に図示しない照明器具のソケットに接続して給電した電球形ランプ１１である。

電球形ランプ１１が点灯するとともに、口金１７内に収容された加速度センサａが口金１７の位置関係を検知し、送風ファン１５を逆回転させる。すると、グローブ１４側の通気孔３７，４１から吸気し、熱伝導部内側空間を通過し口金側連通孔５５側から排気される。点灯中の熱により電球形ランプ１１の周囲の空間は下から上へと対流する。したがって、一度排気した温風を再度取り込むことが抑制されるため、ＬＥＤの温度低減を効率よく行うことができる。
なお、図４および図５は、図２および図３で示した送風ファン１５の回転方向とは異なるランプを示す。

図４の口金１７下側ランプにおいて、吸気を口金側連通孔５５側、排気をグローブ側の通気孔３７，４１側で行うよう熱伝導部内側空間２０に収容された送風ファン１５の回転を逆回転させた電球形ランプ１１である。この電球形ランプ１１は、一度口金１７側から排出された温風は対流により上昇や排気風による乱流が生じるため、その多くが再びグローブ１４側から吸気されるため、熱伝導部内側空間２０を通過し、排気されても、ランプ内の温度を効率よく低減することができない。

また、図５に示すように、口金１７を上側にて点灯し、送風フィン１５の回転を正回転させた場合、口金側連通孔５５から吸気し、熱伝導部内側空間２０を通過しグローブ側の通気孔３７，４１で排出される。しかし、グローブ１４側で排出された温風は対流によって上昇したり、排気風による乱流が発生するものの、口金側連通孔５５から再度吸気されるため、電球形ランプ１１内の温度を効率よく低減することが難しい。

本発明の第１の実施の形態を示す電球形ランプの断面図である。 図１の実施の形態を示す電球形蛍光ランプの送風の流路を示す模式図。 図１の口金下側点灯させたときの電球形蛍光ランプの流路を示す模式図 図２の電球形ランプの送風フィンと異なる回転をしたときの流路を示す模式図。 図３の電球形ランプの送風ファンと異なる回転をしたときの流路を示す模式図。

符号の説明

１１・・電球形ランプ、１２・・基板、１３・・放熱体、１４・・グローブ、１５・・ファン、１７・・口金、２２・・発光素子としてのＬＥＤ、２３・・基板連通孔、３２・・放熱フィン、３５・・放熱体連通孔、３７，４１・・通気孔、５５・・口金側連通孔、加速度センサ・・ａ

Claims (1)

1. 発光素子が実装された基板を有する発光体と；
   この発光体がランプ軸方向の一端に取り付けられる熱伝導部が設けられるとともに、熱伝導部の内側に収容空間が形成されており、この熱伝導部の周囲に放熱部が設けられた放熱体と；
   前記収容空間内に配設されて点灯方向によって異なる回転を行うことで放熱体の内部および外部間を強制的に通気させるよう動作する送風ファンと；
   発光素子を点灯させる点灯装置と；
   放熱体の他端側に設けられた口金と；
   発光体を覆って放熱体の熱伝導部の一端に取り付けられた透光性のグローブと；
   を具備していることを特徴とする電球形ランプ。

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